I- Loi de Van’t Hoff
1) Evaluation du point d’ébullition
Nous étudions la transformation d’un mélange Liq vap
Dans le liquide nous savons qu’un des constituants (1) est grande quantité et que l’autre (2) en petite quantité,
- Nous allons calculer l’élévation du point d’ébullition du solvant lorsqu’on y ajoute du soluté : nous partons de la relation de Gibbs-Helmoltz
x1= fraction molaire de (1) dans le liquide
Δ = enthalpie de vaporisation du solvant pur
Nous intégrons cette équation entre 2 états ; l’un sera un état quelconque (x1) et l’autre le solvant pur (fraction molaire égale à 1). Pour la température, les bornes seront T température d’ébullition du mélange quelconque et Teb la température d’éb. Du solvant pur.
Teb –T = ΔT (élévation du point d’ébullition).
T cette expression relie ΔT à la concentration en solvant. Nous voulons la relier à la concentration en soluté
La variation de Teb permet donc de calculer la fraction molaire x2 du soluté.
Comme
On définit alors la constante ébulliocopique Keb du solvant (1) telle que :
Avec Keb = RT, où R = constante des GP,
la masse molaire du solvant,
la molalité du soluté en mol / kg et
l’enthalpie de vaporisation molaire du solvant.
Keb est la constante d’élévation molaire du point d’ébullition, elle ne dépend que des propriétés du solvant et pas de celles du soluté.
2) Abaissement du point de congélation
Dans le cas de l’équilibre solide liquide, nous avons : d
Par intégration nous avons,
ln
Tf = température de congélation du solvant pur
T = température de congélation de la solution
ΔT =, abaissement du point de congélation du solvant pur, lorsqu’on ajoute du soluté,
Si nous avons encore ΔT=
si nous passons aux molalités,
ΔT= avec
Exemple : On ajoute 30g de sucre dans 100g d’eau. La solution bout à 100,45°C sous 1atm. Quelle est la masse molaire de ce sucre ?
ΔT = 100,45 – 100 = 0,45
La masse molaire de sucre pour 1000g d’eau est 30x10=300g, = 342g,
3- Pression Osmotique
Ce phénomène fait intervenir une membrane semi-perméable qui laisse passer les petites molécules et arrête les grosses.
Lorsqu’une solution est séparée du solvant pur par une membrane semi-perméable (voir figure), on observe que le solvant traverse la membrane et va dans la solution, ceci jusqu’à ce que le liquide ait atteint un certain niveau dit d’équilibre.
La hauteur h correspond à la pression osmotique Π.
La membrane semi-perméable laisse passer le solvant mais ne laisse pas passer le soluté.
La pression hydrostatique de la solution est supérieure à celle du solvant pur le produit, π = ρgh donne la pression excédentaire de la solution qui est la pression « Osmotique »
ρ = masse volumique de la solution. Lorsqu’il ya équilibre le potentiel chimique du solvant est le même des deux côtés de la membrane.
Du côté du solvant du côté de la solution si la pression ne changeait pas,
+RTln
La pression change (apparition de la pression osmotique)
On sait que
Nous sommes à T constante dG = VdP
L’accroissement d’enthalpie libre est due à la pression osmotique
=
= volume molaire du solvant que nous supposons indépendant de
Nous avons donc dans la solution
+RTln
L’égalité des potentiels chimiques entraine
= - RTln
or
comme la solution est diluée
nous avons par ailleurs,
et
= nombre de moles de solvant dans la solution
= nombre de moles de soluté dans la solution.
, analogie avec l’équation des GP
Elle nous permet de calculer la masse molaire d’un soluté. On l’utilise surtout pour déterminer la masse molaire des hauts polymères car il ne passe pas à travers la membrane.
Exemple
Un haut polymère synthétique pesant 5,2 g est dissout dans un litre de benzène. La pression osmétique mesurée dans un osmomètre est 4.10-3 à 25°C. Quelle est la masse molaire du polymère ?
π =
M M = 32300 g